PENDETEKSIAN DAN PENGAMANAN DINI PADA
KEBAKARAN BERBASIS
PERSONAL COMPUTER
(
PC
)
DENGAN FUZZY LOGIC
Helmy WidyantaraProgram Studi S1 Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, Email: [email protected]
DETECTION AND EARLY FIRE SAFETY BASED ON
PERSONAL COMPUTER (PC) USING FUZZY LOGIC
Abstract: The objective this research to design equipment based on computer that can be used as pre -detection or safety in case of fire. Equipment built consists of temperature and smoke, Programmable Pheriperal Interface (PPI) 8255, Analog to Digital Converter (ADC), Digital to Analog Converter (DAC), driver trigger and water spray. Method used in detecting and safety fire using fuzzy system that consists of fuzzification, rule based and defuzzification. The result of experiment shows that air spray automatically function based on the result of temprature and smoke sensor with fuzzy rule applied in the system.Keywords: Fuzzy Logic, Fire Detection, Early Fire Safety Kebakaran merupakan suatu bencana yang sangat merugikan. Dalam penanggulangan masalah kebakaran, banyak sekali ditemukan kesulitan-kesulitan, seperti sukarnya ditemukan sumber api yang menyala, sehingga api akan terus menjalar ke tempat lain dan kerugian pun akan semakin besar.
Perkembangan teknologi dewasa ini, komputer adalah sarana yang sangat tepat untuk mengerjakan tugas tersebut. Gagasan untuk menggunakan komputer untuk mendeteksi kebakaran didasarkan pada hal di mana kegiatan ini mem-butuhkan rutinitas dan tingkat ketelitian yang sangat tinggi serta waktu antisipasi yang cepat.
Untuk mengantisipasi hal tersebut, diperlukan suatu alat yang mampu mendeteksi api secara dini dan memperkecil kemungkinan meluasnya api ke ruangan lain, sehingga keadaan akan menjadi lebih mudah dikendalikan. Penggunaan suatu detector (sensor) dalam mencegah bahaya kebakaran tersebut juga telah banyak digunakan. Namun, dalam hal pengoperasiannya maupun pengawasannya masih banyak yang memakai sistem konvensional.
Sementara itu, saat ini penggunaan algoritma fuzzy juga berkembang pesat. Antara lain penerapan fuzzy dalam bidang kontrol seperti yang telah dikembangkan oleh para peneliti sebelumnya (Rahmat, 2000, 2001; Setianto & Rahmat, 1999; Wang, 1994, 1997). Kelebihan dari sistem ini adalah mampu memproses masukan berupa nilai-nilai riil (eksak) ke dalam besaran fuzzy dan mengolahnya
Pada penelitian ini, untuk kebutuhan dalam hal pendeteksian dini kebakaran dan segera meng-atasinya merupakan dua hal yang membutuh-kan penanganan yang sangat cepat. Dengan mema-sukkan algoritma fuzzy sebagai dasar pengendalian sistem komputer diharapkan sistem ini mampu melakukan pendeteksian dini kebakaran dan segera dapat mengatasinya secara otomatis. Oleh karena itu, permasalahan penelitian ini adalah bagaimana merancang dan membuat sistem peralatan berbasis komputer sebagai sistem pendeteksi dini kebakaran berbasis fuzzy yang dilengkapi dengan alat penyemprot air. Sedangkan, tujuan penelitian ini adalah merancang dan menerapkan sistem kontrol fuzzy pada pendekteksian dini kebakaran.
Sistem Pengaturan
Sistem pengaturan adalah hubungan timbal balik antara komponen-komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang memberikan suatu hasil yang dikehendaki (Dorf, 1983:1). Hasil ini dinamakan respon sistem termaksud. Dasar untuk menganalisa suatu sistem adalah landasan yang diberikan oleh teori sistem linier, yang menganggap adanya hubungan linier antara sebab dan akibat suatu sistem. Karena itu, maka komponen atau proses yang akan diatur dapat digambarkan dalam suatu blok yaitu pada Gambar 1.
M asukan Keluaran Proses
Gambar 1 Proses yang Diatur
Hubungan antara masukan (input) dengan keluaran (output) melukiskan hubungan antara sebab dan akibat proses yang terlibat, yang pada gilirannya, juga menggambarkan bagaimana proses yang akan terjadi pada sinyal (signal) masukan, untuk meng-hasilkan variabel sinyal keluaran yang seringkali di-sertai dengan suatu penguatan daya.
Sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan (Ogata, 1993:4). Jadi, sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol berumpan-balik. Sinyal kesalahan penggerak yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran dan turunannya) diumpankan ke pengontrol untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Dengan kata lain, istilah “lup tertutup” berarti menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem. Gambar 2 menunjukkan hubungan masukan-keluaran dari sistem kontrol lup tertutup.
Masukan Keluaran Plant/Proses
Pengontrol
Elemen Ukur
Gambar 2 Sistem Kontrol Lup Tertutup.
Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan (Ogata, 1993:6). Jadi pada sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak diukur atau menggunakan basis aturan untuk menghasilkan
keputusan yang merupakan keluaran sistem fuzzy dengan sangat cepat.
Masukan Keluaran Plant/Proses
Pengontrol
Gambar 3 Sistem Kontrol Lup Terbuka
Teori Sistem Fuzzy
Teori himpunan fuzzy ini didasarkan pada logika fuzzy (Kosko, 1992). Terdapat nilai logika antara 0 dan 1 yang menyatakan tingkat kebenaran. Misalnya, V adalah kumpulan obyek yang secara umum dinyatakan dengan {v}, yang bisa berharga diskrit atau kontinyu. V disebut semesta pembicaraan (universe of discourse), dan v mewakili elemen-elemen V. Suatu himpunan fuzzy A dalam semesta pembicaraan V dapat dinyatakan oleh suatu fungsi keanggotaan
µ
A (membership function) yang mewakili nilai dalam interfal nilai logika [0,1] untuk setiap v dalam V dan dinyatakan sebagai:µ
A = V
[ 0,1]
(1)Yang dapat digambarkan dalam bentuk seperti terlihat pada Gambar 4.
1.0
0 semesta pembicaraan
µA
V
Gambar 4 Himpunan Fuzzy dan Fungsi Keanggotaan
Himpunan fuzzy A dalam himpunan semesta V dapat dinyatakan sebagai pasangan antara elemen v dan tingkat fungsi keanggotaan, atau:
A = {(v, µA(v)) / v ∈ V} (2) Semua elemen v dalam V memberikan nilai
A
µ
> 0 disebut sebagai penyokong (support) dari himpunan fuzzy yang bersangkutan, jikaµ
A = 0.5 maka v disebut sebagai titik silang (crosover) dan himpunan fuzzy di mana penyokongnya bernilai 1.0 disebut sebagai fuzzy tunggal (singleton).Fungsi keanggotaan fuzzy yang sering digunakan adalah sebagai berikut:
1. Fungsi keanggotaan segitiga
Fungsi keanggotaan yang mempunyai parameter a,b,c dengan formulasi:
2. Fungsi keanggotaan trapesium
Fungsi keanggotaan yang mempunyai parameter a,b,c,d dengan formulasi:
(4) 3. Fungsi keanggotaan gaussian
Fungsi yang mempunyai parameter a,σ dengan formulasi: gaussian (x; σ, a) = − − 2 2 1 exp xσc (5)
4. Fungsi keanggotaan bell yang diperluas. Fungsi keanggotaan yang mempunyai parameter a,b,c dengan formulasi:
bell (x;a,b,c) =
(
)
− + b a c x 2 1 1 (6)dengan b positif. Jika b negatif fungsi ke-anggotaan menjadi fungsi keke-anggotaan bell (3) diumpan-balikkan untuk dibandingkan dengan
masukan. Gambar 3 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran untuk sistem lup terbuka.
− − − − =max min 0 c) b, a, ; segitiga(x , b c x c , a b a x − − − − ,1 , ,0 min min max c d x d a b a x trapesium (x;a,b,c,d) =
terbalik. Illustrasi dari keempat fungsi keanggotaan di atas diperlihatkan pada Gam-bar 5.
Gambar 5 Jenis Fungsi Keanggotaan Fuzzy
Basis aturan merupakan inti dari sistem fuzzy, karena pada bagian ini berada sekumpulan aturan dalam bentuk if x1(k) is A1l and … and x n(k) is Anl and x1(k+1) is B1l and … and xn(k+1) is Bnl Then ul = a 1l x1(k) + … + anl xn(k) + b1l x 1(k+1) + … + bnl xn(k+1) + cl. (7) dengan l = 1,2, …, M, A ij, B ij merupakan himpunan
fuzzy yang dibentuk, sedangkan aij, b
ij, cij merupakan
parameter-parameter, M jumlah aturan, dan x, u merupakan masukan dan keluaran pada sistem fuzzy (Jang, Sun, Mizutani, 1996). Aturan if-then pada logika fuzzy adalah pernyataan dari bentuk jika A maka B, di mana A dan B adalah himpunan fuzzy.
Karena keringkasannya, bentuk ini sering digunakan untuk mewakili kemampuan manusia untuk mengambil keputusan atas suatu kondisi yang penuh dengan ketidakpastian dan ketidaktepatan. Con-tohnya, jika tekanan tinggi, maka volume kecil, di mana tinggi dan kecil adalah besaran kualitatif yang dijelaskan dalam fungsi keanggotaan.
METODE
Tahap-tahap yang dilakukan untuk menye-lesaikan permasalahan penelitian adalah: (1) pe-rancangan sistem kontrol, (2) pepe-rancangan perangkat keras, (3) perancangan perangkat lunak, dan (4) pengambilan data.
Sistem kontrol yang diusulkan (dirancang) dapat dilihat pada Gambar 6.
Suhu dan Asap
PPI Motor Konverter A/D Sensor Ruangan PP I
Gambar 6 Blok Diagram Sistem Kontrol
Sistem kontrol pendeteksian dan pengamanan dini kebakaran menggunakan sistem kontrol lup tertutup. Di mana yang bertugas sebagai pengon-trol yaitu komputer melalui PPI 8255. Sedangkan, plant yang digunakan pada sistem ini yaitu motor pompa. Elemen ukurnya menggunakan suatu sensor, untuk mendeteksi suhu digunakan LM35, sedang-kan untuk mendeteksi asap di dalam ruangan
meng-0 20 40 60 80 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 D er aj ad kea nggot aa n
(a) Fungsi keanggotaan Segitiga
0 20 40 60 80 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 D er aj ad k ean gg ot aan
(b) Fungsi keanggotaan Trapesium
0 20 40 60 80 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 D er aj ad kea ng got aa n
(c) Fungsi keanggotaan Gaussian
0 20 40 60 80 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 D er aj ad k ea ng got aan
Sistem mengendalikan motor pompa de-ngan menggunakan sensor untuk mendeteksi ke-adaan di dalam ruangan. Jadi, keke-adaan di dalam ruangan itulah yang akan menjadi awal bekerja-nya sistem. Mula-mula sensor tersebut akan me-ngambil data keadaan ruangan melalui sensor dalam bentuk tegangan analog yang kemudian dikirim ke ADC untuk diubah menjadi 8 bit data digital. Kemudian, keluaran ADC diterima oleh komputer melalui PPI 8255. Input dari sensor itulah yang akan menyebabkan sistem memberikan jenis output yang sesuai. Jika data sensor suhu > 45 oC dan sensor asap > 3 V, maka
pompa tersebut akan terpicu dan mulai men-distribusikan air pada miniatur ruangan. Karena adanya pendistribusian air ke dalam ruangan, maka data suhu ataupun asap akan berkurang. Jika data sensor suhu < 35 oC dan sensor asap
< 2 V, maka secara otomatis akan mematikan motor pompa. Pada saat motor pompa menyala, ketinggian permukaan air pada tangki penyemprot akan berkurang karena adanya pendistribusian air ke dalam ruangan. Pendeteksian ketinggian permukaan air pada tangki penyemprot menggunakan optocoupler. Di mana perubahan ketinggian permukaan air akan selalu ditampilkan pada layar monitor.
Gambar 7 adalah flowchart dari perancangan sistem kontrol secara umum pendeteksian dan pengamanan dini kebakaran berbasis PC.
Gambar 7 Flowchart Sistem Kontrol
Jika program sistem pengendalian secara umum sudah berhasil, tinggal dikembangkan algoritma pengendaliannya menggunakan sistem fuzzy. gunakan sensor AF30. Umpan balik pada sistem ini adalah tegangan keluaran dari sensor suhu dan asap
Gambar 8 Fungsi Keanggotaan Suhu
Untuk fungsi keanggotaan asap, besaran fuzzy yang digunakan adalah Sedikit (S), Cukup (C) dan Pekat (Pk). Fungsi keanggotaan segitiga untuk ha-sil pembacaan sensor asap seperti terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Fungsi Keanggotaan Asap
Sedangkan, untuk keluaran sistem berupa data digital yang nantinya akan diubah oleh rangkaian DAC untuk menggerakkan alat penyemprot, meng-gunakan besaran fuzzy yaitu Sedikit (S1), Cukup (C1) dan Banyak (B1). Fungsi keanggotaan segitiga untuk rangkaian DAC seperti terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10 Fungsi Keanggotaan Rangkaian DAC Untuk basis aturan fuzzy dari sistem ini dinyatakan dalam bentuk implikasi atau aturan if -then (jika-maka), sebagai berikut:
1. Aturan 1: jika Suhu = D dan Asap = S, Penyemprotan Air = S1,
2. Aturan 2: jika Suhu = D dan Asap = C, Penyemprotan Air = C1,
3. Aturan 3: jika Suhu = D dan Asap = Pk, Penyemprotan Air = B1,
Masing-masing dapat dijelaskan sebagai berikut: Program fuzzifikasi digunakan untuk mengubah besaran masukan berupa suhu dan asap dalam digital (hasil pembacaan ADC) ke dalam besaran fuzzy. Serta besaran keluaran berupa banyak sedikit-nya air hasil keluaran alat semprot setelah men-dapatkan tegangan dari rangkaian DAC. Dalam penelitian ini, digunakan fungsi keanggotaan segi-tiga. Masing-masing dapat digambarkan sebagai berikut.
Untuk fungsi keanggotaan suhu, besaran fuzzy yang digunakan adalah Dingin (D), Hangat (H) dan Panas (P). Fungsi keanggotaan segitiga untuk hasil pembacaan sensor suhu seperti terlihat pada Gambar 8.
Perancangan dan pembuatan perangkat lunak untuk sistem pengendalian menggunakan algoritma sistem fuzzy dari sistem ini terdiri dari tiga tahap, yaitu: (1) fuzzifikasi, (2) pembuatan basis aturan dan (3) defuzzifikasi.
Tabel 1 Basis Aturan Fuzzy Suhu Asap D H P S S1 S1 C1 C C1 C1 B1 Pk B1 B1 B1
Tahap terakhir dari pemrograman sistem ini, yaitu pembuatan program defuzzifikasi untuk mengubah dari variabel fuzzy hasil keputusan menggunakan basis aturan ke dalam bentuk nilai digital (crisp). Program defuzzifikasi mengikuti metoda Center Of Area (COA).
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian
Pengujian terhadap sistem dilakukan dengan cara melakukan implementasi algoritma kontrol ke sistem, tetapi perlu dilakukan kalibrasi terlebih dahulu antara perangkat keras dengan program yang dibuat. Pengujian sensor suhu dilakukan dengan memberi
Tabel 2 Hasil Pengujian Karakteristik IC LM 35
N o . S uh u (oC ) V out I V ou t II V o ut III V out rata-rata (V olt) 1 30 0,299 V 0,30 1 V 0,29 7 V 0 ,2 99 2 32 0,320 V 0,31 8 V 0,31 6 V 0 ,3 18 3 34 0,341 V 0,34 3 V 0,33 8 V 0 ,3 41 4 36 0,356 V 0,35 9 V 0,35 9 V 0 ,3 58 5 38 0,378 V 0,37 6 V 0,37 7 V 0 ,3 77 6 40 0,400 V 0,399 V 0,40 1 V 0 ,4 00 7 42 0,417 V 0,41 8 V 0,42 0 V 0 ,4 18 8 44 0,437 V 0,43 7 V 0,43 8 V 0 ,4 37 9 46 0,462 V 0,46 1 V 0,46 1 V 0 ,4 61 10 48 0,477 V 0,47 7 V 0,47 8 V 0 ,4 77 11 50 0,502 V 0,50 1 V 0,49 9 V 0 ,5 01 Jum lah V ou t rata-rata 4 ,3 87
Pada pengujian sensor asap, metode pengu-jian yang dilakukan sama seperti pada pengupengu-jian sensor suhu. Pengujian dilakukan hanya sebatas keluaran dari jenis sensor asap jenis AF30 yaitu berupa tegangan antara 0V – 5V dan data yang ditampilkan pada monitor dalam satuan tegangan/ volt. Dalam hal ini sensor diberikan kadar asap, sehingga apabila tegangan dari sensor asap > 3V, maka motor pompa penyemprot akan aktif dan motor pompa penyemprot akan berhenti apabila tegangan sensor asap < 2V.
Pembahasan Hasil
Data dari sensor suhu yang ditampilkan pada form utama dapat dilihat dalam bentuk grafik yaitu input panas ke dalam miniatur ruangan. Pengkon-disian temperatur yang digunakan antara 30 oC
sam-pai dengan 50 oC, kemudian digunakan termometer
digital dan avometer digital untuk mengetahui nilai tegangan keluaran dari sensor suhu. Data diambil 11 sample dengan perubahan temperatur inputan sebesar 2 oC. Pada pengujian ini dilakukan 3 kali
pengambilan data untuk tiap-tiap sample temperatur. Dan hasilnya bisa dilihat pada Tabel 2.
Dan seterusnya sampai dengan 9 aturan. Basis aturan ini dapat diringkas dalam bentuk tabel basis aturan seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Gambar 11 Tampilan Grafik Sensor Suhu
Data dari sensor asap yang ditampilkan pada form utama dapat dilihat dalam bentuk grafik yaitu pada form grafik sensor asap dalam satuan volt tiap 1 detik, yang gambarnya bisa dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12 Tampilan Grafik Sensor Asap
Pada form utama berisi informasi mengenai sensor suhu, sensor asap dan sensor air. Suhu pada form grafik sensor suhu dalam satuan dera-jat celcius tiap 1 detik. Tampilan grafik sensor suhu dapat dilihat pada Gambar 11.
ruangan dideteksi oleh sensor suhu LM 35, kadar asap dalam ruangan dideteksi oleh sensor asap AF 30 dan ketinggian permukaan air pada tangki dapat diketahui oleh optocoupler. Di samping itu terdapat informasi mengenai alarm sinyal kebakaran. Alarm sinyal akan berwarna merah jika terdeteksi ke-bakaran. Selanjutnya, berdasarkan pembacaan sensor suhu dan asap berdasarkan desain dari Fuzzy Rule maka sistem secara otomatis akan melakukan penyemprotan air ke dalam ruangan seperti terlihat pada Gambar 13.
SIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat diketahui bahwa sistem penyemprot air bekerja secara otomatis berdasarkan hasil bacaan sensor suhu dan asap sesuai dengan aturan fuzzy yang diterapkan dalam sistem. Algoritma pengendalian berbasis fuzzy terbukti dapat diterapkan dalam kasus deteksi dini kebakaran.
Sebagai pengembangan lebih lanjut dari pene-litian ini, yaitu sebaiknya alat deteksi dini kebakaran ini dirancang bisa bergerak (mobile) leluasa.
RUJUKAN
Dorf, RC. 1983. Sistem Pengaturan, Jakarta: Erlangga. Jang, J.-S.R, Sun, C.-T & Mizutani,E. 1996. Neuro-Fuzzy
and Soft Computing. London: Prentice Hall Inc. Kosko, B. 1992. Neural Networks and Fuzzy Systems.
London: Prentice Hall Inc.
Ogata, K. 1993. Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan). Jakarta: Erlangga.
Rahmat, B. 2000. Perancangan Pengontrol Neuro-Fuzzy untuk Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae dalam Proses Fermentasi. Tesis tidak diterbitkan. Bandung: Program Pasca Sarjana ITB.
Rahmat, B. 2001. Aplikasi Mikrokontroler PIC 16C74 untuk Kontrol Aliran Udara Berbasis Logika Fuzzy. Jurnal Gematek, 3 (2).
Setianto & Rahmat, B. 1999. Pengaturan lampu Lalulintas Berbasis Fuzzy Logic. ELEKTRO Indonesia, 28 (6). Wang, L. 1994. Adaptive Fuzzy Systems and Control,
London: Prentice Hall.
Wang, L. 1997. A Course in Fuzzy Systems and Control. London: Prentice-Hall.
hingga, pada saat alat ini mengetahui ada hal yang mencurigakan di suatu lokasi, alat ini dapat mencapai tempat tersebut dan memberikan penyemprotan air. Dapat dipikirkan untuk penggunaan algoritma lain selain algoritma fuzzy, yaitu antara lain: Hybrid Algorithm.
